Modelos de estados y transiciónes: nuevas aplicaciones en contexto mundial

Brandon T. Bestelmeyer

USDA‐ARS Jornada Experimental Range

Las Cruces, NM, USA

bbestelm@nmsu.edu

¿Como podemos manejar cambios en pastizales?

¿Como podemos aprender y transmitir la información a los usuarios?

Queremos evitar consecuencias indeseables en el futuro, restaurar lo que deseamos en el pasado…

… o tratar de fabricar algo nuevo que es mas deseable

¿Que es el potencial ecológico de este sitio?

¿Que vegetación existía en el pasado?

¿Que vegetación existe en otros sitios del mismo clima y suelos, bajo otro manejo?

¿Que vegetación puede existir ahora con otros manipulaciones (siembra,  aplicación de nutrientes, etc. ?)

¿Que es el estado ecológico actual de este sitio?

¿Esta la vegetación actual igual a la vegetación del pasado, o dentro del la variación natural del sitio?

¿Esta cambiado por manejo, pero recuperable a condiciones deseables?

¿Esta cambiado por manejo, pero difícil o imposible a restaurar?

Las respuestas son bastante importantes!

Opción 1: Este sitio esta “sano”—no esperamos mas. Intervención no es necesario.

Opción 2: Este sitio esta “degradado”—con cambio de manejo, podemos aumentar la cobertura de pastos

Opción 3: Este sitio esta “muy degradado”—con gastos de esfuerza y plata, podemos aumentar la cobertura de pastos

Las respuestas son bastante importantes!

Opción 4: Este sitio esta “irreversiblemente degradado”—Manejamos como ‘ecosistema innovadora’.

Opción 5: Hay un uso mejor que pastizal que podemos lograr—transformamos el uso(campo eólico!)

Un ejemplo: suroeste de EEUU y norte de Mexico

Transformación histórico (1800s): sabana a arbustal

Mecanismo ecológico: mortalidad de pastos por sobrepastoreo,expansión de arbustos a dominar recursos del suelo

La respuesta y esperanza

Aplicación de herbicida a Larrea tridentata

Mecanismo ecológico propuesto: mortalidad de arbustos, establecimiento de pastos a dominar recursos

?

La realidad

Variedades de mecanismos y procesosDegradación del superficie del suelo(=anuales)

Limitaciones enel potencial dealgunos suelos(=plantas escasas)Otros

competidores(=cactos)

Como podemos…

--Entender las variaciones

--Aprender de los éxitos y fracasos

--Comunicar predicciones a los encargados

Necesitamos sistemas de conocimiento espacialque son fácilmente disponible a los usuarios

• Grupos de suelos que:

• 1) potencialmente producen tipos y cantidades(biomasa) de vegetación semejantes

• 2) responden semejantemente a disturbios y fuerzos (e.g., presión de pastoreo, sequía)

• Sitios Ecologicos estratifica el paisaje para especificarnormas y predicir cambios en pastizales

“Sitios Ecologicos (SE)”

• Diagramas, descripciones, y datos asociados que describe cambios posibles en la vegetación y suelos por cada sitio ecologico

• Modelos estado y transición son archivos de información para facilitar el desarollo de hipótesises de manejo

“Modelos de estado y transiciónes (MET)”

Sistematización de desarrollo de SE + METsMuestreo “integrado”de vegetación  y suelos

Talleres y entrevistasReconstrucción histórico

Experimentos  de manejo

GISMonitoreo

35

43B

3

42 133A

8

5

30136

54

72

58A

40

25

48A

52

73

29

47

28A

23

6534A

133B

103

98

36

56

38

17

143

43A

116A

140

27

131A

112

53B

41

28B147

77C

125

105

7

58B

153A

67B

78C

127

55B

22A

69

80A

126

2

78B

109

21

31

24

55A

86A

102A

104

7175

90A

74

70C

139

55C

8595B

119130

B

106107B

121

63A32

79

53A

12143

81B

94A

43A

77A

102C

113

150A

Usando SE + MET: distintas escalas en EEUUDistintos regiones : macroclima y topografía

Subregiones dentro deregiones: clima local

Sitios ecológicos repiten adentro de subregiones climáticas

Distintos subregiones tienendistintos grupos de sitios ecológicos

(cada color tiene entre10-20 sitios ecológicos)

Francoarenosogravoso

Cementación

Gravoso

Carbonato decalceo

Bajo almacenamientode agua

Arenafrancosa

Francoarenoso

Carbonatos

Cementación

Arenoso

Alto almacenamientode agua, altoriesgo de erosióneólica

Horizontesde suelo

Procesosimportantes

Colinas

Francopedregoso

Pedrogoso

Lecho deroca

Alto almacenamientode agua en “bolsas”

Sitios ecológicos con distintos perfiles de suelo

Distintas niveles de producción en el estado “sano” o de referencia

Gravoso(piedmont)500 kg/ha

Arenoso(planicies)730 kg\ha

Colinas840 kg/ha

Distintos niveles de resiliencia entre sitios ecologicos

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Perdida de pastos

Estabilidad de pastos

Tipos de dinamica en 150 puntosde monitoreo en la region surde Nuevo Mexico: 1970-2003

Black grama (15‐60%)Creosotebush (3‐12%)

R2T1

T1. Continuous heavy grazing, thinning and patchy loss of black grama, shrub proliferation. R1. Shrub control associated with grazing deferment or prescribed grazing and climate permitting black grama recoveryR2. Shrub control after grass is sparse or followed by poorly planned grazingT2. Loss of remaining interspace grasses, gradual loss of soil organic matter, infill of shrubs, and soil erosionT3. Shrub controlT4. Poorly planned grazing results in mortality of recovering bunchgrasses

2. Shrub‐dominated state

1. Shrub savanna state

3. Shrubland state

T2

1.21.1

Creosotebush (3‐12%)Black grama (3‐15 %)

Creosotebush (12‐20%)Perennial grasses (3‐30%)Black grama (3‐10%)

2.22.1

Creosotebush (12‐20%)Perennial grasses (1‐3%)

Creosotebush (12‐30%)Bush muhly (0‐15%)Few intershrub grassesModerate soil loss

4. Sparse savanna state

Perennial grasses (3‐20%)Creosotebush (0‐12%)

5. Barren shrubland state

Perennial grasses (0‐3%)Grasses patchy if presentCreosotebush (0‐12%)

T3

T4

R1

Sitio ecológico gravoso, desierto Chihuahua, 200‐250 mm ppt

1.2 Sparsegrass

2.1 Shrubs,patchy grass

1.1A

1. Savanna state 2. Shrubs/bare

1.1 Referencesavanna

T1

R1 2.2 Shrubs, few grasses

1.2A

2.1A 2.2A

Sitio ecológico colinas de esquisto, desierto Chihuahua, 200‐250 mm ppt

Otros METs estan mas simple, porque hay menos variaciones observados

Características de METs propuesto por agencias en EEUU

Fases de comunidades: datos para identificar claramenteen el campo (cobertura foliar, indicadores de erosión)

Estados: evidencia de umbrales y retroalimentaciones

Fases de alto riesgo: indicadores de alerta temprana de umbrales y transiciones a un estado indeseable

Narrativos de sustentibilidad, transición y restauración: detalles sobre procesos y como manejarlos

Transición en suelos arenosos de200‐250 pp. del sur Nuevo Mexico

Que indicadores hay del umbral?

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010

% c

ober

tura

folia

r de

Bou

telo

uaer

iopo

da

Pastoreomoderado (~30% util.)

Pastoreointensivo (> 60% util.)

Respuestasin pastoreo

Evaluación experimental de umbrales y resiliencia

Evidencia dehisteresis (umbral)

Control sinpastoreo

Evidencia de resiliencia

Evidencia de potential

Pastoreointensivo

Interpretaciones del MET

Estado 1

Estado 2

Estado 3

Indicadores Manejo

Mucho pasto, pocos Mantener el mismoparches de suelo desnudo

Alto cobertura de arbustos, Bajar presión ganadera,mucho suelo desnudo, control de arbustosrestantes de pasto

Alto cobertura de arbustos, Irrecuperable, mucho suelo desnudo, no vale la pena matarerosión de suelo, ausencia arbustos de pasto

Usos de METs al nivel del paisaje

Mapeo de las interpretaciones de METs

Considerar acciones en sitios con respeto al impacto al nivel del paisaje (como vida silvestre, fuego)

SE + MET sirve como basis de manejo adaptativo

1) Grupos de colaboración al nivel regional

3) Desarollo de SE y METs

4) Mapeo de estados

6) Pruebas de predicciones

0

5

10

15

20

25

30

35

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Year

Mea

n m

esqu

ite

cano

py c

over

(%)

5) Planes de manejo

2) Síntesis y colección de datos nuevos

Disponibilidad por web y dispositivos móviles

Mapa de suelos digital,tipos de suelo

Sitio ecologicoligado a suelo

Tu MET, estado y fase de comunidad

SE + MET sirve como sistema de aprendizaje

Transiciones a fachinal ha sido mas comunes en suelos francosos del caldenal

SE + MET sirve como sistema de aprendizaje

Cuando no hay restantes de pastos en los intersticios entre arbustos, la restauración fallara en sitios gravosos del desierto Chihuahua

SE + MET sirve como sistema de aprendizaje

Ausencia de vegetación en el superficie no es necesariamente degradación en el desierto Gobi de Mongolia‐‐puede recuperarse con las lluvias

Proyectos a desarrollar SE y MET

Información general‐‐http://jornada.nmsu.edu/esd

Propuesta ayer para un red de proyectos en la Argentina…